JPS62292386A - ロボツトの手首機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボットの手首機構に係り、特に高速・高精度
で信頼性の高い手首部に好適な手首機構に関する。

〔従来の技術〕

工業用ロボットは、その手首先端にロボットノ・ンドや
溶接用トーチあるいは、シーリングガン等を取付け、こ
れらにより、物品の把持・運搬、アーク浴接、シーリン
グ作業・等の櫨々のロボット動作を行うように形成され
ている。このように谷■作作業適用することは、手錠の
礪造によるところが大きく、多くの自由度を持つこと、
及び各自田度軸の速度を高速にすること、また、手σ部
全小形・ＩＭ：量にすることが、望ましい。

しかしながら、従来の工業用ロボット手首は、％開昭５
９−７３２８４号公報に記載のように＠；宛後部に手錠
５駆動用モータ及びノ・−モニツク減速機を配置し、歯
車、シャフト等により動力を伝達するタイプのものや、
＊開昭５９−７３２８５号公報や特開昭５９−７３２９
７号公報に記載のように前腕後部に配置された手首駆動
用モータから、歯車、シャフト等により動力を伝達し、
手首ケーシング内部に配置された／・−モニツク減速機
により減速し。

手首の自由度を駆動するものが一般的である。

第５図は１手首部にノ・−モニツク減速機を搭載した従
来例であり、手首部の３自由度（α、β。

ｒ）を、それぞれ１回転軸（α）９曲げ軸（β）。

ひねり軸＜ｒ＞と呼ぶ。ここで、回転軸は、駆動用モー
タＭ４工りノ１−モニツク激速機２０１で回転速度を減
速し、平歯車２２１，２２２を介してトルクチューブ２
０４に動力伝達し１手首外ケーシング２５２を回転させ
る。次に、曲げ軸は、駆動用モータＭ、より平歯車２２
３，２２４を介してトルクチューブ２０５に動力伝達し
、さらにかさＡ車２３１．２３２タイミングベルト２４
１等を介してノ・−モニツク減速機２０２で回転速度を
減速し、手首内ケーシング２５３を回転させる。

また、ひ１２シ軸は、曲げ軸と同様、駆動用モータＭ６
からトルクチューブ２０６に動力伝達し、さらにかさ歯
車２３３，２３４タイミングベルト２４２等を介してハ
ーモニック減速機２０３で回転速度を減速し、かさ歯車
２３５，２３６により方向変換し、手Ｕフランジ２５４
を回転させる。

しかしながら、このような従来のロボットの構造によれ
ば１手首内ケーシング２５３内にハーモニック減速機を
搭載するため、部品点数が多くなプ、手首部目体の荷重
増加となる。また、ハーモニック減速機の効率は一般に
６０〜７０チ程度であシ、さらに低温の条件下では、さ
らに効率が低下する。このため、タイミングベルト、歯
車等との効率を総合すると、５０〜６０％の効率となり
、手首、駆動用モータの負荷増大となり、ひいては、ロ
ボット全体の重量の増大、コストアップの原因ともなる
。また、ハーモニック減速機の速比は１／８０程度以下
であり、特殊なものでも１／５０程度である。このため
、手首を高速で回転ぐせようとした場曾に、モータを高
速回転させる必要が生ずる。たとえば、手首ひねり軸を
５４０（０／歎）の速度で回転させる場合、減速比が１
１５０の場曾、モータ回転数は４５００（ｒｐｌｎ）、
速比が１／８０の場合、モータ回転数は７２００（ｒｐ
ｍ）必要となる。このような高速回転が可能なモータは
少なく、また、ハーモニック減速機の潤滑方法も問題と
なる。すなわち、グリス潤滑の許容最大回転数は３６０
０（ｒｐｍ）程度以下のため、訣用できない。

このため、オイル潤滑を行わなければならず、構造が複
雑化するばかりでなく、分解・組立・保守が困難になる
という欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
アームの後端部に配設されたモータ等を、ｇ動源とした
工業用ロボットにおいて、小型軽量で操作性が良く、シ
かも組立・保守が容易で高速・高精度なロボットの千σ
装置を提供すること金目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、十修駆動用モータから手首部ケー
シング及び手首７う／ジに動力伝達される伝達系におい
て、順次減速を行い、最終的に所望の回転速度及びトル
クを伝達させる機構とすることにニジ、達成される。

〔作用〕

本発明によれば、タイミングベルトの速比、歯車の速比
を任意に選定することにより１手首の３自由度でそれぞ
れ合成の速比を自由に選定でさるため、手首自由度の高
、連化が図れ、モータ能力を最大限に生かすことができ
る。また、動力伝達系に使用しているタイミングベルト
、かさ歯車等は効率が９５％以上と高く、モータ負荷が
小でくてすむため、ロボット自体の小型優量化がねらえ
る。

さらに、手首ケーシング内は簡単な構造となシ、組立・
分解・保守が容易になる。

〔実施例〕

以ド、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

第２図は本発明による関節腕形の工業用ロボットの実施
例を示す斜視図である。このロボットは旋回４１１（矢
印ｌで示す両方向に旋回可能）をもち、その上に上腕３
０３を有し、上腕は矢印Ｈの両方向に揺動可能である。

また、このロボット上腕３０３の端部には前Ａ１５１が
取付けられ、矢印■の両方向に揺動口Ｔ能となっている
。さらに、ロボット前腕１５１の前方部には手首１５０
が取付けられている。この手首１５０は１手首外ケーシ
ング１５２、手首内ケーシング１５３１手首７ランジ１
５４よシ成シ回転（矢印αの両方向に回転可能）と、曲
げ（矢印βの両方向に回転可能）及び、ひねり（矢印ｒ
の両方向に回転可能）の３つの自由度を有する。

第３図は第２図に示すロボットの手首部の構成を示す断
面図である。

この図に２いて１手首回転軸は、トルクチューブ１０４
にニジ駆動され、手首外ケーシング１５２を回転させる
。一方、曲げ軸は、トルクチューブ１０５によシ駆動さ
れ、かさ−車１３１，１３２により減速され、さらにタ
イミングベルト１４３により再び減速されて、プーリ１
６１を介して手首内ケーシング１５３を揺動させる。ま
た、ひねり軸は、トルクチューブ１０６によシ駆動され
、かさ歯車１３３，１３４により減速され、さらにタイ
ミングベルト１４４により再び減速され、ブーＩＪ　１
６２　’に介して、さらにかさ歯車１３５゜１３６によ
シ再度減速されて手醒ハウジング１５４を回転させる。

本発明では、手首部にハーモニック減速機等を搭載しな
いため、構造が簡単で組立・分解・保守等が容易になっ
ている。

第１図は、本発明の装置の例を備えるロボットアームの
動作伝達機構の略示図である。第３図で示した手首回転
軸は、モータＭ４より平歯車１２１゜１２２（速比：１
１５）、タイミングベルト１４１（速比：１／８）の２
段減速を行ってトルクチューブ１０４に動力伝達される
。したがって、回転軸の合成した速比は １１５Ｘ１／８　＝　１／４０ となる。

また、手首曲げ軸は、モータＭｓ　よりタイミングベル
ト１４２　（速比：１／６）により減速されてトルクチ
ューブ１０５に動力伝達される。さらに前述のかさ歯車
１３１，１３２（速比：２１５１、タイミングベルト１
４３（速比：３／８）により減速されて、手首内ケーシ
ングｔｍ動させる。したがって１曲げ軸の合成した速比
は １／６　Ｘ　２１５　Ｘ　ａ／ｓ　＝　１／４０となる
。

また、手首ひねシ軸は、モータＭ６より直接トルクチュ
ーブ１０６に動力伝達され、前述のかさ歯車１３３，１
３４　（速比：１／３）、タイミングベルト１４４（速
比：１／４）、かさ歯車１３５゜１３６（速比：１／２
）Ｋニジ順次減速されて手首フランジ１５４を回転させ
る。したがって、ひねり軸の合成した速比は １／３　Ｘ　１／４　Ｘ　ｌ／２　＝　１／２４となる
。

以上のように１本実施例によれば手首各自由度の速比は
そｎぞれ回転軸：１／４０、曲げ軸：１／４０、ひねシ
軸：１／２４となシ、回転数２４００（ｒｐｍ）のモー
タを使用すると、各軸の動作速度は、 回転ｎＪｈ：　６０　ｒｐｍ　（３６０ｏ／Ｓ）曲げ軸
：６０ｒｐｍ（３６０ｏ／ｓ） ひねり軸：１１００ｒｐ　　（６００ｏ／ｓ　）となり
、高速動作が可１目な手首が実現でさる。

また、モータから手首各自由度に至る伝達系において、
平歯車、かさ歯車、タイミングペル）４の非常に効率の
昼い動力伝達機構を用いているため２手先の可＠重量を
大さくすることが可能である。さらに、手首部１５０の
構造が単純で、組立・分解・保守が簡単で信頼性が高く
なっている。

上述しｆｃ実施例では、それぞれの手首各軸ておける減
速比を一種類ずつ示したが、それぞれの減速比は、スペ
ースの許すかぎり設計者が自由に設定できるものである
。たとえは、回転軸に使用するモータが、３０００（ｒ
ｐｍ）の回転数が出せるとすれば、タイミングベルト１
４１の速比を１／８からｌ／１０に変更すれば、合成の
速比は１１５　Ｘ　ｔ／ｌｏ　＝　１１５０ となシ、回転軸の動作速度は同じ＜６０（ｒｐｍ）（３
６０（Ｏ／Ｓ））に設定することができる。

なお、この場会、回転軸によるトルクは、５／４倍とな
り、手先のり搬重殺を大きくすることができる。

さらに、手αひねり軸の動作速度会同じ２４００（ｒ　
ｐｍ　）のモータを用いて高速化したい場合は、たとえ
ば、ひねり軸に使用している第１のかさ歯車１３３．１
３４の速比を１／３から１／２に変更すると、合成の速
比は。

１／２Ｘ１／４Ｘ１／２　＝　１／１６となシ、ひねり
軸の動作速度は、　１５０　（ｒｐｍ）（９００（ｏ／
ｓ　ｌ　）に設定することができる。

また、上記実施例で用いた平歯車は、タイミングベルト
やチェン等ｔｆ！用することは’ｒｉｒＭｔで５らり、
タイミングベルトも、同様に平圃卓やチェノを用いても
よい。さらに、高速回転が可能なモータを用いる場合は
、速比を小さくしたシ、第４図に示すように、減速機構
を増やすこともできる。たとえば、第４図に２いて１回
転軸は、平歯車５２１゜５２２（速比：１１５）、平歯
車５２３，５２４（速比：１／２）、タイミングベルト
５４１（速比：１／８）の減速機構とすると、合成の速
比は１１５　Ｘ　１／２　Ｘ　１／８　　＝　１／８０
となり、ハーモニック減速機とほば同じ速比に設定でき
る。

＋Ｔｄに１曲げ軸は、タイミングベルト５４２（速比：
１／２）を付加し、あとは第１図と同様とすると合成の
速比は、 １／２　Ｘ　１／６　Ｘ　２１５　Ｘ　３／８　＝　１
／８０となり、ひねり軸は、平歯車５２５，５２６（速
比：１／２）ｅ付加すると合成の速比は１／２　Ｘ　１
／３　Ｘ　１／４　Ｘ　ｌ／２−１／’４８となる。

以上のように本実施例によれば、ロボット手首駆動用モ
ータを任意に選定しても、所望の手首各自由度の動作速
度を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、効率の高い動力伝達機構を用いて、任
意の速比を持った工業用ロボットの手首機Ｗを得ること
ができるので１手首各軸の晶速化が図れ、手首部の組立
・分解・保守が容易となり信頼性が向上する。また、モ
ータを効率的に便用でさるため、ロボット重量の低下、
コストダウン等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すロボットアームの動作
伝達機構の略示図、第２図は本発明の用いられる工業用
ロボットの一例を示す斜視図、第３図は第１図の手首部
の断面図、ｍ４図は本発明の他の実施例を示すロボット
アームの略示図、第５図は従来の工業用ロボレトの手首
機構の一例を示すロボットアームの略示図である。 Ｍ４・・・回転軸モータｉＭ５　・・・曲げ１咄モータ
、Ｍ６・・・ひねり軸モータ、１０４，１０５，１０６
・・・トルクチューブ、１４３，１４４・・・タイミン
グベルト、１５１・・・前腕、１５２・・・手首外クー
シング、１５３・・・手首内ケーシング、１５４・・・
手ａフランジ、２０２，２０３，２０４・・・ハーモニ
ック減速機・乙

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボットの手首機構において、ロボットアーム先端
   でアーム軸心に平行に回転可能に支持された手首外ケー
   シングと、前記手首外ケーシングの内部に、前記アーム
   軸と直交する軸まわりに回転可能に軸支持され、前記ロ
   ボットアームから伝達される動作入力により前記手首外
   ケーシング内に設けられた多段の歯車減速装置を介して
   回動される手首内ケーシングと、前記手首内ケーシング
   内に軸支持されると共に前記ロボットアームから前記手
   首外ケーシング内部に、別に設けた多段の歯車減速装置
   を介して駆動される手首フランジとから構成されたこと
   を特徴とするロボットの手首機構。 ２、前記構成の歯車減速装置が一組の傘歯車対と、一組
   のベルト、プーリの組合せからなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のロボットの手首機構。